Illustrazione dell'artista di un esilio galattico. Credito d'immagine: CfA. Clicca per ingrandire.
Ascolta l'intervista: Galactic Exiles (6.2 MB)
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Fraser Cain: puoi parlarmi delle stelle che hai osservato e di come sono state cacciate dalla nostra galassia?
Dr. Warren Brown: Quello che abbiamo scoperto sono due stelle nelle regioni lontane della Via Lattea che viaggiano a velocità che nessuno ha mai visto stelle nella nostra galassia, almeno stelle al di fuori del centro galattico. Solo che queste stelle distano centinaia di migliaia di anni luce dal centro galattico. Eppure, l'unica spiegazione plausibile per la loro velocità è che sono stati espulsi dal buco nero supermassiccio al centro della galassia.
Fraser: Quindi si sono allontanati troppo dal buco nero supermassiccio e sono stati cacciati?
Brown: Sì, quindi ecco l'immagine. Questo scenario richiede tre corpi e gli astronomi affermano che il modo più probabile che sia successo è se hai una coppia di stelle. Come forse saprai, qualcosa come metà delle stelle nel cielo sono in realtà sistemi che contengono una coppia, o talvolta più stelle. E quindi se hai una coppia di stelle strettamente legate che, per qualche ragione, viaggiano troppo vicino al buco nero supermassiccio, a un certo punto la gravità del buco nero supererà l'energia di legame tra la coppia di stelle e strapperà via una di quelle stelle . Catturerà una stella, ma l'altra stella poi lascia il sistema con l'energia orbitale della coppia. Ed è così che ottieni questo ulteriore impulso di velocità. È che il buco nero supermassiccio è sostanzialmente in grado di sciogliere una stella, catturarla e lasciare l'altra con l'intera quantità di energia che la coppia aveva. E quella stella viene quindi espulsa proprio fuori dalla galassia.
Fraser: Quindi se una singola stella normale si avvicina troppo, non avrebbe l'energia da espellere. Penso di aver visto alcune simulazioni in cui la stella si avvicina troppo al buco nero e in qualche modo cambia la direzione della sua orbita, ma continua ancora ad orbitare attorno.
Brown: Certo, potresti immaginare che sia come un veicolo spaziale che viene lanciato intorno a Giove o qualcosa del genere. Puoi immaginare che potresti cambiare la traiettoria e guadagnare velocità. Ma non esiste alcun meccanismo nella galassia per ottenere così tanta velocità per qualcosa che è la massa di una 3-4 stella di massa solare. Ciò richiede un'interazione a tre corpi per creare la velocità che vediamo. E ciò che osserviamo è il loro movimento nei nostri confronti. Si stanno allontanando da noi ad una velocità di circa 1-1,5 milioni di miglia all'ora.
Fraser: Quanto sarebbero state veloci le stelle quando sarebbero entrate per incontrare la loro rottura?
Brown: Non lo so per certo. Probabilmente qualcosa di 10 volte quello, proprio prima di quel momento in cui stanno oscillando oltre il buco nero. Ovviamente, mentre lasciate quel potenziale gravitazionale nel buco nero, rallentano improvvisamente. La loro velocità di fuga finale è ciò che osserviamo ora; è nell'ordine di un milione di miglia all'ora. E questa è ben oltre il doppio della velocità di cui hai bisogno per sfuggire del tutto alla nostra galassia. Queste stelle sono davvero esiliati. Sono emarginati dalla galassia e non torneranno mai più.
Fraser: E una stella viene espulsa. Cosa succede all'altra stella?
Brown: Questa è una domanda interessante. In effetti c'è un documento teorico che alcuni teorici hanno scritto che suggerisce che queste stelle in lunghissime orbite ellittiche attorno al massiccio buco nero centrale potrebbero essere gli ex compagni di queste cosiddette stelle ipervelocità che abbiamo scoperto. E questo è il tipo di orbita che ti aspetteresti. A meno che la stella non sia così sfortunata da cadere dritto nel buco nero, se manca solo un po ', oscillerà e si troverà su un'orbita ellittica molto lunga attorno al massiccio buco nero centrale.
Fraser: E da dove proviene la coppia? È un destino che potrebbe influenzare alcune stelle binarie vicine?
Brown: Beh, questo in realtà arriva al quadro più ampio. Il centro galattico è un posto interessante. Ha molte giovani stelle. Tre dei più grandi ammassi stellari scoperti nella galassia provengono proprio vicino al centro galattico. E contengono alcune delle stelle più imponenti della galassia. Quindi ci sono molte giovani stelle in orbita laggiù. La domanda è: come si fa a far sì che una stella modifichi la sua orbita in modo che si spari direttamente verso il buco nero supermassiccio, invece di orbitarlo attorno, come la Terra che orbita attorno al Sole. E questa è una domanda aperta. E una cosa che queste stelle di ipervelocità che abbiamo scoperto stanno iniziando a darci suggerimenti su forse come funziona quel meccanismo. Perché, ad esempio, un'idea è che con questi ammassi stellari abbiamo osservato. Forse per attrito dinamico, quando incontrano altre stelle, possono affondare lentamente verso il centro galattico dove c'è il buco nero. E se dovesse succedere, potresti immaginare che all'improvviso ci siano state un sacco di stelle proprio vicino a quell'enorme buco nero. Potresti scoppiare queste stelle ipervelocità. Ci sono tutti i tipi di stelle da espellere. Eppure le stelle che osserviamo hanno tempi di viaggio diversi dal centro galattico. Questo è solo suggestivo, ma già stiamo iniziando a poter dire qualcosa sulla storia delle stelle che interagiscono con il buco nero supermassiccio. E ciò che appare finora, è che non ci sono prove che ammassi stellari cadano nel centro galattico.
Fraser: Potrebbe esserci una specie di nastro trasportatore in cui le stelle nascono e poi affondano lentamente verso il basso e poi vengono espulse quando si avvicinano troppo.
Brown: Sì, è una specie di idea. Perché quel nastro trasportatore funzioni, è necessario un posto enorme come un ammasso stellare per far funzionare quel nastro trasportatore. Essere in grado di affondare qualcosa verso il massiccio buco nero. Quando un oggetto enorme incontra molti oggetti enormi, si scopre che gli oggetti meno massicci tenderanno a emettere un po 'più di energia. Poiché l'oggetto massiccio, in questo caso un ammasso stellare, perde energia, la sua orbita decade e si avvicina al centro galattico.
Fraser: Con il numero limitato di stelle che hai trovato e il gran numero di stelle nella galassia, deve essere stato un lavoro piuttosto difficile rintracciare questi ragazzi. Qual è stato il metodo che hai usato?
Brown: Sì, questo è in realtà uno dei risultati entusiasmanti di questa volta. La prima scoperta, un anno fa, dopo la prima stella ipervelociale, fu una specie di scoperta fortuita. E questa volta li stavamo cercando attivamente. E il trucco era che queste cose dovevano essere molto rare. I teorici stimano che ci siano forse migliaia di queste stelle in tutta la galassia. E la galassia contiene oltre 100 miliardi di stelle. Quindi abbiamo dovuto guardare in un modo che ci dava buone possibilità di trovarne di più. E la nostra strategia era duplice. Uno è che la periferia della Via Lattea contiene per lo più stelle vecchie e nane. Stelle come il sole o meno stelle rosse. Non ci sono giovani stelle blu massicce, ed è il tipo di stella che abbiamo deciso di cercare; stelle giovani e luminose in modo da poterle vedere lontano, ma dove non dovrebbero esserci queste stelle nella periferia della galassia. E l'altra parte della strategia era cercare stelle deboli. Più vai avanti, meno stelle di galassie di fondo devi affrontare. E più è probabile che ti imbatterai in queste stelle di ipervelocità, a differenza di un'altra stella che sta orbitando attorno alla galassia.
Fraser: E qual è il metodo che usi per dire effettivamente quanto velocemente si sta muovendo la stella?
Brown: Per questo abbiamo dovuto prendere uno spettro della stella. Usando il telescopio 6.5 MMT in Arizona, abbiamo puntato la stella su una delle nostre stelle candidate e prendiamo la luce da quella stella e la mettiamo in uno spettro arcobaleno e facciamo una foto di quello spettro. E gli elementi nell'atmosfera stellare servono da impronta digitale. Puoi vedere le linee di assorbimento dovute a idrogeno, elio e altri elementi. E stava usando i movimenti, i Doppler si spostano - in questo caso i turni rossi - di quelle lunghezze d'onda ci hanno detto quanto velocemente le stelle si stessero allontanando da noi. E la maggior parte delle stelle nel nostro campione erano normali stelle di galassie; si stavano muovendo a velocità piuttosto basse, e poi due di queste erano abbastanza veloci, e sono le due che abbiamo annunciato proprio ora.
Fraser: E cosa pensi che questo ci dica della formazione delle stelle, o del centro della galassia, o ...
Brown: Beh, questa volta è in realtà una parte interessante della storia. Ora che ne abbiamo effettivamente un campione, questi sono davvero una nuova classe di oggetti, queste stelle ipervelocità, possiamo iniziare a dire qualcosa da dove vengono, che è il centro galattico. Queste stelle sono particolarmente adatte per raccontarci la storia di ciò che sta accadendo nel centro galattico. I tempi dei loro viaggi ci raccontano qualcosa sulla storia, cosa sta succedendo, ma anche il tipo di stelle che stiamo vedendo. In questo caso, queste giovani stelle blu - queste 3-4 stelle di massa solare - che gli astronomi le chiamano stelle di tipo B. Il fatto che ne abbiamo visti due nella nostra regione di rilevamento, che abbiamo effettuato per circa il 5% del cielo, è coerente con la distribuzione media delle stelle che vedresti nella galassia. Ma in contrasto con ciò che molti di questi ammassi di stelle vedi nel centro galattico. Quindi solo il fatto del tipo di stelle che stai vedendo sta iniziando a parlarci della popolazione di ciò che è stato sparato fuori dalla galassia. In questo caso non sembra che siano questi ammassi supermassicci di stelle, ma piuttosto la tua stella media che sta vagando attraverso la galassia.
Fraser: E se avessi una sorta di super telescopio Hubble a tua disposizione, cosa vorresti cercare?
Brown: Oh, vorremmo cercare il movimento di queste stelle nel cielo. Quindi tutti sappiamo se la loro velocità minima. L'unica cosa che possiamo misurare è la loro velocità nella linea di vista rispetto a noi. Quello che non sappiamo è la velocità nel piano del cielo, il cosiddetto movimento corretto. È possibile farlo con Hubble, se hai una base di 3-5 anni con cui vedere muoversi queste stelle. Dovrebbe essere un movimento molto piccolo. Se avessi un super Hubble, forse potresti vederlo tra un anno. Quindi sarebbe molto interessante da sapere. Non solo questo ti dirà per certo che questi provengono davvero dal centro galattico, e non da qualche altra parte, ma anche dalle loro traiettorie. Se sapessi esattamente come si stanno spostando, qualsiasi deviazione da una linea retta rispetto al centro galattico ti dice in che modo la gravità della galassia ha influenzato la loro traiettoria nel tempo. Ed è anche molto interessante da sapere.
Fraser: Giusto, in modo da aiutare a tracciare la distribuzione della materia oscura.
Brown: Esatto, esatto. Quindi gli astronomi deducono la presenza di materia oscura. Vediamo le stelle in orbita attorno alla galassia più velocemente di quanto dovrebbero essere solo perché sembra esserci una massa che non possiamo spiegare per tenerle nelle loro orbite. E questa materia oscura, è difficile capire come è distribuita nella galassia. Ma queste stelle sono già alla periferia della galassia, e mentre la attraversano, questa perturbazione, questa attrazione gravitazionale della materia oscura mentre queste cose viaggiano attraverso la galassia si sommano lentamente mentre vanno. Quindi stanno effettivamente misurando la distribuzione di questa materia oscura, proprio sulle loro orbite. Quindi, se potessi misurare il loro movimento, di un campione di stelle, in realtà inizia a darti un'idea di come viene distribuita la materia oscura nella galassia.
